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献的科学家的名字,来命名那上面的山谷,其中有一座环形山被命名为“祖
冲之环形山”。
祖冲之在圆周率方面的研究,有着积极的现实意义,适应了当时生产实
践的需要。他亲自研究过度量衡,并用最新的圆周率成果修正古代的量器容
积的计算。
古代有一种量器叫做“ (釜fǔ)”,一般的是一尺深,外形呈圆柱状,
那这种量器的容积有多大呢?要想求出这个数值,就要用到圆周率。祖冲之
利用他的研究,求出了精确的数值。他还重新计算了汉朝刘歆所造的“律嘉
量”(另一种量器,与上面提到的 都是类似于现在我们所用的“升”等量
器,但它们都是圆柱体。),由于刘歆所用的计算方法和圆周率数值都不够
准确,所以他所得到的容积值与实际数值有出入。祖冲之找到他的错误所在,
利用“祖率”校正了数值。
以后,人们制造量器时就采用了祖冲之的“祖率”数值。
三、数学杰作 《缀术》
祖冲之在数学研究方面,除了圆周率外,还有其它成就,并著有《缀术》
一书。《隋书》评论认为《缀术》理论十分深奥,计算相当精密,学问很高
的学者也不易理解它的内容,在当时是数学理论书籍中最难的一本。
在《缀术》中,祖冲之提出了“开差幂(mì)”和“开差立”的问题。“差幂”
一词在刘徽为《九章算术》所作的注中就有了,指的是面积之差。“开差幂”
即是已知长方形的面积和长宽的差,用开平方的方法求它的长和宽,它的具
体解法已经是用二次代数方程求解正根的问题。而“开差立”就是已知长方
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体的体积和长、宽、高的差,用开立方的办法来求它的边长;同时也包括已
知圆柱体、球体的体积来求它们的直径的问题。所用到的计算方法已是用三
次方程求解正根的问题了,三次方程的解法以前没有过,祖冲之的解法是一
项创举,这是他在数学上的又一重要成就。
《缀术》六卷,是我国历史上非常有价值的科学著作之一。隋唐时期对
《缀术》相当重视,都把这本书列为官家学校数学科的主要教科书。在唐代,
专学数学的人分成两组:第一组所用的教科书是历代相传的《周髀算经》、
《九章算术》及《海岛算经》等八部数学专著,学习六年毕业;第二组所使
用的教科书则是更深奥的《缉古算经》和《缀术》,共学习七年后毕业。其
中《九章算术》与《海岛算经》两部书规定共学习三年;《缉古算经》是很
深奥难懂的专著,规定学习三年;可是《缀术》规定要学习四年,学时最长。
考试时也按这样分成两组,每组各考十道试题,而第二组中,《缀术》题要
占六道。从以上的学制和考试制度来看,《缀术》所占的地位要超过其它的
各种算书,因此《缀术》的科学价值和程度的玄奥高深也是可想而知的。
随着隋唐时期中国文化的四处传播,我国的数学也随之传到了东方的日
本。当时的日本在各方面都尽量仿效我国,多次派“遣隋使”、“遣唐使”
来我国学习先进的科学文化与各项礼仪制度。在数学学科方面,也建立了同
唐朝一样的学制和考试制度,《缀术》同时受到了高度的重视。但是,到了
唐朝末年,各地藩镇割据、战乱纷纷,国家办的数学教育无法维持下去,数
学书籍多有散失。到了赵匡胤统一全国建立起宋朝时,就仅有少数传本留传
下来。《缀术》一书,不久也就在北宋天圣、元丰年间(公元1023—1078
年)失传了。流传到日本以及朝鲜的《缀术》一书也都先后散佚,没有保留
下来。这是我国古代科学文化上的巨大损失,是非常可惜的。今天,我们所
能了解到《缀术》中的部分内容,是其它史书及数学类书所转记的。如唐代
史学家在修《隋书》时,在这部史书的《律历志》里保存了关于祖冲之推算
圆周率的记载并转引了几句应该是《缀术》内容中的话,文字虽少,价值却
十分巨大。
日本有一本记载数学史的书,叫做《见在书目》,书中记载了有个叫祖
仲的人注解过 《九章算术》、《海岛算经》等书,我们知道祖冲之曾为《九
章算术》作过注,祖仲应是祖冲之的笔误,并且从这里也可以知道他可能还
注解过《海岛算经》。由此可见,祖冲之的著作和理论,不仅在隋唐的数学
教育中占有相当的地位,而且对日本也有过很大的影响。这足以说明祖冲之
在数学上的造诣之深和贡献之大,不愧是我国古代科技界的杰出代表。祖冲
之的数学成果,正如同我国许多的优秀文化、科技成果一样,远在一千多年
前,就已经在同其它国家、民族的文化交流中,作出了它的贡献。
四、天文历法方面的成就
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天文历法在我国历来是受到非常重视的一门科学。在祖冲之以前,这门
科学在我国已经有了长期发展的悠久历史,取得了许多项在当时世界上遥遥
领先的研究成果。
早在公元前二十一世纪到公元八世纪的夏、商、西周时代,随着农业生
产的不断发展,人们越来越注意天象气候的变化,从长期的观察中,总结出
不少的天文知识,制定出历法。相传在远古时代已经制定出我国历史上最早
的一部历法,即《黄帝历》。到了夏代,又制定出以阴历正月为岁首的 《夏
历》,这是现代阴历的起源。到了商、周时代,为适应农业生产发展的需要,
开始使用阴阳合历,分别以阴历十二月与阳历十一月为岁首。由于一个阴历
年只有 354天,与一个阳历年差11天多,为了调整阴阳历参差,开始设置
了闰月。同时商、周时代对天象的观测也有了不少的成果。如商代已经发现
了日月食现象,甲骨文中已有关于日月食的记录。西周时,人们已经注意到
天体运行和星座位置的变化,对一些星座开始命名,并发明了岁星(即木星)
纪年法、二十八宿观测法、土圭测目法等改进历法的依据。进入春秋战国时
代,随着生产的迅速发展,天文历法也有不少的进步。春秋时期,在观测恒
星、慧星和日月食方面出现了不少的新成就,例如记载下了世界上最早的有
关哈雷慧星的记录,当时对夏至和冬至时间的观测也较为准确了,而且基本
上区分了二十四节气。到了战国时代,开始出现一些专门研究星象运行的学
者,其中最著名的是齐人甘德和魏人石申,他们各写了一部天文学著作,被
后人合称为《甘石星经》,在这本书中记录了金、木、水、火、土五大行星
出没的规律;还详细地记录了黄道附近恒星的位置及其距离北极点的度数,
这是世界上最早的恒星表。
到了秦汉时代,随着封建经济的进一步发展,科学文化事业更加繁荣昌
盛,其中与农业生产有着密切联系的天文历法更为突出。西汉司马迁著的《史
记》和东汉班固的《汉书》两部著名史书中,就有专门记录星象和历法的《天
官书》与《天文志》、《律历志》。杰出的天文学家张衡发明了浑天仪和地
动仪,并著有天文学专著《灵宪》一书。至于历法,秦始皇统一六国后,发
现春秋战国时期历法混乱,各诸侯国采用的历法不一,为统一历法,他令人
另造新历,以阴历十月为岁首,称为《颛顼(音zhuān xū)历》。汉初延继
了秦制,也是使用《颛顼历》。到了汉武帝元封年间(公元前110—前105
年),大夫公孙卿、壶遂、太史令司马迁等上书汉武帝,认为秦历不够精确,
与实际天象不一致,在历法上不应出现月亮的时候,月亮却高挂在天空,而
应当看见月亮的时候却反而瞧不见。武帝就令他们几人及其他一些人另造新
历。新历以正月为岁首,于武帝太初元年 (公元前104年)宣布实行,在全
国范围内使用,这就是《太初历》。《太初历》延用了188年,到东汉章帝
元和二年(公元85年)时,由于《太初历》与天象相差越来越明显,章帝下
诏令李梵等人加以修改,修改后的新历称为《四分历》。到了三国时期,魏
文帝黄初年间(公元220—226年),魏文帝采纳太史令韩 的建议,改《四
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分历》为《黄初历》。魏明帝景初元年(公元237年),采纳尚书郎杨伟的
建议,再次修改历法,定为认农历正月为岁首,此历即为《景初历》。晋武
帝时,改《景初历》之名为《泰始历》。所以实际上从曹魏中期到南朝刘宋
初年的二百年间,历法皆用 《景初历》。
到了宋文帝元嘉年间(公元424—453年),著名天文学家何承天通过多
年的天象观测与实际研究,发现《泰始历》不够精确,已经不符合当时天象
了,比如:当时冬至的实际日期已经和历法所载日期差了三天。于是他上报
朝廷,受命制造新历。元嘉二十二年(公元445年),新历经政府下令颁行,
命名为《元嘉历》。
以上就是祖冲之以前我国古代天文历法的发展概况,这体现了我国广大
劳动人民和科学家对于天文历法的观测研究不断深入、精确。正是他们持之
以恒的研究,为祖冲之及后人再对天文历法进行深入研究奠定了坚实的基
础。
通过对前人的优秀成果的研究�